KR930008831B1 - 동축-마이크로스트립 직교런처 - Google Patents

동축-마이크로스트립 직교런처 Download PDF

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KR930008831B1
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큐안 크맆톤
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휴즈 에어크라프트 캄파니
원다 케이. 덴슨-로우
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

동축-마이크로스트립 직교런처
제 1a 도 내지 제 1e 도는 5가지의 홈라인 구조의 전자계 구성을 나타내는 도면.
제 2a 도 내지 제 2c 도는 동축라인, 홈라인 및 개방된 마이크로스트립라인 전송매체의 전자계 구성을 각기 나타내는 도면.
제 3 도는 본 발명의 측단면도.
제 4 도는 본 발명에 따른 직교 동축라인-마이크로스트립라인 전이 구조체의 평면도.
제 5 도는 본 발명에 따른 직교 런처를 갖는 4-웨이 마이크로스트립라인 전력 분할 조립체를 나타내는 분해사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20, 25, 30 : 홈라인 도체 22 : 전도성 홈라인 구조체
100 : 평면 마이크로스트립라인 회로 패키지 102 : 상부 커버
104 : 하부 접지 평면 106 : 마이크로 전송회로
108 : 마이크로스트립 도체 110 : 마이크로스트립기판
120 : 상부 커버 런처 130 : 채널
150 : 공기 유전체 영역
본 발명은 동축 전송매체와 마이크로스트립라인 전송매체의 사이에서 마이크로파 주파수 에너지를 전달하는 장치에 관한 것으로, 특히 동축-마이크로스트립라인 직교 런처(orthogonal coaxial-to-microstripline launcher)에 관한 것이다.
능동 어레이 안테나 및 통신위성 시스템과 같은 응용예의 경우에는, 전형적으로 마이크로파 집적회로(MIC) 패키지 사이에 동축라인과 마이크로스트립라인 매체를 집적시키는 것이 바람직하다. 과거에는 이러한 인터페이스가 동축 직교 접속기 또는 직접적인 동축-마이크로스트립라인 직교 접합기에 의해서 이루어져 왔다. 동축 직교 접속기는 X-밴드 주파수(VSWR이 1.25 : 1보다 큼)에 적합하지 못하며, 이것은 MIC 패키지의 측면을 따라서만 부착될 수 있을 뿐이다.
직접적인 동축-마이크로스트립라인 직교 접합기는 좁은 대역 성능에 특징이 있는 것으로, 이것을 패키지의 상부 커버를 관통하도록 설치한다면 MIC 패키지의 부착부가 비동작 상태로 될 수도 있다. 더우기, 접속부가 마이크로스트립라인내의 공중에 떠 있는 경우에는 고차 모우드가 방사될 수 있다. 통상적으로, 직접적인 직교 접합기의 기계적 조립이 어려우며, 조립후 재접합 작업이나 또는 RF 동조를 수행하기가 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 MIC 패키지의 상부 및 하부면뿐 아니라 그 측면을 따라서도 RF 인터페이스를 위치시킬 수 있는 여분의 자유도를 가능케하는 밀집형 마이크로스트립피이드 네트워크를 제공하는데 있다.
본 발명은, 마이크로파 회로내에서 동축 전송라인과 마이크로스트립 직교 전송라인 사이에서 전이시키는 동축-마이크로스트립 직교 런처가 개시된다. 상기 런처는 홈을 규정하는 전도성 구조체를 포함하는 홈형 전송라인과, 홈내에 지지된 홈도체를 포함한다. 상기 홈도체는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는다. 제 1 단부는 동축 라인의 중앙도체와 전기적 접속을 이루며, 제 2 단부는 마이크로스트립 전송라인의 도체 스트립과 전기적 접속을 이룬다. 홈도체의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 각도는 대략 90°이다.
홈라인은 유전체 부하 요소에 의하여 용량성 부하가 걸리게 되므로 고차 모우드가 홈으로부터 전파되는 것을 방지할 수 있다. 홈라인의 전자계의 구성은 동축라인 및 마이크로스트립라인의 전자계의 구성과 유사하기 때문에 동축라인과 마이크로스트립간의 양호한 전이를 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 및 기타 특징과 장점은 첨부된 도면에 도시한 다음의 예시적 실시태양과 관한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 동축-마이크로스트립 직교 런처 또는 전이부를 포함한다. 런처는 동축 및 마이크로스트립 라인들을 접속시키는 용량성 부하 홈형 전송라인을 채용한다. 홈형 전송 라인은 죠셉 에프. 화이트(Joseph F. white)가 저술하고 1977년 Artech House, Inc.가 출간한 "Semiconductor control"의 516-518면에 설명되어 있다. 제 1a 도 내지 제 1e 도는 여러 가지 예시적인 홈라인 구성의 단면을 나타낸다. 제 1a 도는 홈라인 도체(20)를 포함하는 홈라인을 나타내는 것으로, 상기 홈라인 도체(20)는 편평한 하부면(22A)과 수직 측면(22B), (22C)을 갖는 전도성 홈 구조체내의 공기중에 떠 있다. 제 1b 도는 제 1a 도와 마찬가지로 홈라인 도체(20)를 포함하는 홈라인을 나타내지만, 이 홈라인 도체(25)는 방사상 하부면(27)을 갖는 전도성 홈구조체내의 공기중에 떠 있다. 제 1c 도는 홈 구조체내의 개방 영역이 유전체 부하를 제공하도록 유전상수 Er를 갖는 유전물질로 채워진 것을 제외하고는 제 1b 도와 동일한 홈라인을 나타낸다. 제 1d 도는 홈라인 도체(30)가 방사방향 부분(32A)과 편평한 부분(32B)을 포함하는 홈라인 구조체의 하부위의 공기중에 떠 있는 홈라인 구성을 나타낸다. 제 1e 도는 홈라인 구조체내의 도체(20)위의 개방영역 부분이 유전체 부하를 제공하도록 유전상수 Er을 갖는 유전물질(21)로 채워진 것을 제외하고는 제 1a 도와 동일한 홈라인 구성을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 홈라인은 동축라인과 마이크로스트립라인 사이에서 중간체로 작용하도록 선택되는바, 그 이유는 제 2a 도 내지 제 2c 도에 도시한 바와 같이 홈라인의 전자계(electro-magnetic field) 구성이 양 전송라인과 유사하기 때문이다. 제 2a 도는 동축 전송라인의 단면 및 그 전자계 구성을 나타낸다. 제 2b 도는 홈라인 구성의 단면(제 1a 도의 것과 유사함)과 그 전자계 구성을 나타낸다. 제 2c 도는 개방상태에 있는 마이크로스트립의 단면과 그 전자계 구성을 나타낸다. 홈라인은 전자계 구성이 양자의 전송라인과 유사하기 때문에 그것을 사용하면 동축라인으로부터 마이크로스트립라인으로의 전이부를 매우 양호한 것으로 형성할 수 있다. 홈라인의 중앙도체는 직각으로 굽혀질 수 있으므로 오정합이 발생되지 않는다. 홈라인에 유전체 부하를 제공하면(TEM) 모우드보다 큰 고차 도파관 모우드가 홈외로 방사되지 않는다.
홈라인의 개방된 구조체를 사용하면, MIC 패키지의 상부 커버가 없기 때문에, 마이크로파 집적회로(MIC)를 조립하고 테스트하고 동조하기 위하여 접근하기가 용이하다.
제 3 도 및 제 4 도는 본 발명에 따른 상부 커버 직교 런처(120)와 하면 직교 런처(140)를 채용하는 예시적인 평면 마이크로스트립라인 회로 패키지(100)를 도시한다. 상기 회로 패키지(100)는 착탈식 상부 커버(102)와, 하부 접지 평면(104)과, 마이크로스트립 도체(108)와 마이크로스트립 기판(110)등을 갖는 마이크로스트립 전송회로(106)를 포함한다. 개방채널(150)은 전도성 접지 평면 구조체(104)내로 기계가공되거나 또는 성형되어, 제 3 도에 도시한 바와 같이 마이크로스트립 기판(110) 및 도체(108)를 수납한다. 기판(110)의 상부면과 상부 커버(102) 사이에는 공기 유전영역(150)이 형성된다. 접지 평면 구조체(104)의 한 단부(104A)에는 상부 커버 런처(120)의 홈(130)이 형성됨과 아울러 동축 관통 접속부(122)를 수용하는 상향 원형 개방공도 형성된다. 접지 평면 구조체(104)의 다른 단부(104B)에는 접지 평면 런처(140)의 홈(148)이 형성됨과 아울러, 동축 관통 접속부(142)를 수용하는 하향 원형 개방공(152)도 형성된다.
상부 커버 런처(120)는 동축 관통 접속부(122)를 채용하는 바, 이 동축 관통 접속부(122)의 중앙핀(126A)은 직각으로 절곡되어 홈라인 중앙 도체를 형성한다. 홈라인 도체(126B)는 홈라인 채널(130)내에 중착되며, 납땜 결합에 대하여 마이크로스트립 회로(106)의 도체 스트립(108)에 접속되어 있다. 고-유전 물질로 된 플러그(128)가 채널(130)내로 압입되어 홈라인에 용향성 부하를 제공하고 있으므로, 고차 모우드가 홈(130)으로 부터 공기 유전체 영역(150)내로 전파할 수 없게 된다. 상부 커버 런처의 홈라인은 제 1c 도에 도시한 구성을 갖는다.
나사 구멍(103)을 통하여 상부 커버(120)에 고정된 동축-동축 접속기(도시 않됨) 또는 스크류 삽입식 동축 접속기(도시 않됨) 또는 기타의 통상적인 수단에 의하여 런처(120)에 대한 동축접속을 이룰 수 있다.
하부 접지 평면 직교 런처(140)는 유전요소(142) 및 핀(144)을 갖는 동축 관통 접속 장치를 포함한다. 동축 관통 접속 장치는 먼저 참고부호(146)로 표시한 공기 유전 동축 라인 사이로 전이된 다음 제 1d 도에 도시한 용량성 부하 홈라인 구성내로 전이되고, 그후 마이크로스트립라인(106)내로 전이된다. 다시 말해서, 이러한 전이는 중앙도체(144)의 단부(144B)가 홈라인 도체를 형성하도록 굽혀져서(납땜 접속에 의하여) 마이크로스트립라인 도체(108)에 전기적으로 접속되기 때문에 이루어진다. 하부판 런처에는(플러그(128)와 유사한 종류의) 독립된 유전 플러그가 필요없다. 그 이유는, 홈도체가 하부판으로 부터 상부로 연장되긴 하지만 공기 유전 영역(150)내로 깊숙히 연장되지는 않기 때문이다.
마이크로파 회로 설계자가 상술한 동축-마이크로스트립 직교 런처를 이용한다면, 예를들어, X-밴드에서 동작하는 밀집형 MIC 패키지를 설계하기가 더 자유로와질 것이다. 런처는, 6GHz로부터 12GHz까지 측정해 볼때 최대 VSWR이 예를들면 1.10 : 1이 되도록 설계할 수 있다. 더우기, 이러한 런처는 조립 또는 RF 동조를 수행하기 위하여 그것에 접근하기가 용이하다.
제 5 도는, 동축-마이크로스트립 라인 런처가 능동어레이용으로 사용된 예시적인 4-웨이 전력 분할 회로내로 조립되는 방법을 나타내는 분해사시도이다. 이러한 회로에 있어서, 입력 신호는 동축 OSP 플러그 접속장치(210)를 통하여 제공되고, 각각의 동축 OSP 접속잭(220, 230, 240 및 250)을 통해 4개의 신호로 분할된채 장치(200)부터 출력된다. OSP 플러그 접속장치(210)는 예를들어 미합중국 뉴 햄프셔 03054 매리맥콘티넨탈 블러바드 21 소재의 옴니스펙트러(Omni spectra)가 시판하고 있는 55575328-02형을 포함할 수도 있다. OSP 잭은 예를들어 옴니 스팩트러에서 판매하는 45585328-02형 접속 잭을 포함할 수도 있다. 이러한 동축 접속기의 각각은 유전 관통 접속 밀봉요소(212, 222, 242 및 252)(제 5 도에 도시함)와 중앙도체(214, 224, 244 및 254)(제 5 도에 도시함)를 포함하는 동축라인 구조체들과 결합한다. 중앙도체(214)는 직각으로 절곡되어 상부 커버 런처의 홈라인 도체를 형성한다. 상부 커버 런처는 유전 플러그(215)를 포함한다. 동선편(226, 246 및 256)은 도체(224, 244 및 254)의 상단부와 직각으로 접속되어 하부 커버 런처의 홈라인 도체를 형성한다.
회로(200)는 유전기판(262)와, 도체 스트립(264, 266, 268, 270, 272, 274 및 276)과, 100오옴 칩저항 요소(278, 280 및 282)를 갖는 마이크로스트립라인 회로(260)를 포함한다. 저항기(278)는 도체 스트립(264, 266 및 268)과 접속되고, 저항기(280)는 도체 스트립(268, 270 및 272)과 접속되며, 저항기(282)는 도체 스트립(272, 274 및 276)과 접속된다. 마이크로스트립라인 분할 회로(260)는 본 기술분야에 잘 알려져 있다.
회로(200)은 전도성 하우징(290)과 상부판(292)을 더 포함한다. 하우징(290)내에는, 마이크로스트립라인 기판(262)의 형상과 부합하는 형상을 지닌 채널이 형성되어 있으므로, 상기 기판(262)을 채널(294)내에 수용할 수 있다.
이상에서는 도면을 참조하여 본 발명은 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 당업자라면 다음의 특허청구범위에 기재된 발명의 요지를 벗어나지 않는 한도내에서 위의 실시예를 다양한 형태로 변경해서 실시할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 기판(110)(262)과 마이크로스트립라인 도체(108)(264, 266, 268, 270, 272, 274, 276)를 특징으로 하는 평면 마이크로스트립라인 회로(106)(260)와, 상기 마이크로스트립라인에 직교하는 중앙축을 따라 연장된 도체요소(210, 220, 230, 240, 250)를 갖는 동축라인을 포함하는 마이크로파회로(100)(200)에 있어서, 개방홈(130, 148)이 형성된 전도성 구조체와, 상기 홈내에 배치되고, 상기 동축 도체요소(210, 220, 230, 240, 250)와 전기적 접촉을 이루는 제 1 단부(126A) 및 상기 마이크로스트립 도체와 전기적 접촉을 이루는 제 2 단부(126B)(144B)를 가지며, 상기 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 각도가 90°로 형성된 홈도체 요소(126A, B)(144)를 포함하는 홈형 전송라인과 ; 상기 홈형 전송라인에 용량성 부하를 제공하며, 고차 모우드가 상기 홈으로부터 방사되는 것을 방지하는 용량성 부하요소(128)(215)를 포함하는 동축-마이크로스트립라인 직교 런처.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용량성 부하요소는 상기 홈도체 요소(126B)(214)에 인접한 상기 홈의 부분에 배치된 유전체 부하(128)(215)를 포함하는 직교 런처.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로파 회로(100)(200)는 상기 마이크로스트립라인 회로(106)(260)의 접지 평면을 규정하는 전도성 접지 평면 구조체(104)(290)와 전도성 상부 커버부재(102)(292)를 특징으로 하는 직교 런처.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 런처는 상기 마이크로스트립라인 회로(106)(260)에 직교하여 연장된 상부 커버 동축 포트(210)와 상기 마이크로스트립라인 도체(108)(270) 사이를 연결하는 상부 커버 직교 런처(120)(212, 214)인 직교 런처.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 접지 평면 구조체(104)(290)는 상기 마이크로스트립라인 기판(110)(262)을 수용하도록 그안에 형성된 채널(150)(294)을 특징으로 하므로, 상기 마이크로스트립라인 기판(110)(262)과 상기 상부 커버판(102)(292)사이에 공기유전영역(150)(294)이 형성될 수 있도록 된 직교 런처.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 접지 평면 구조체(104)(290)는 상기 상부 커버 직교 런처(120) 수납용 홈(130)을 형성하기 위한 수단(104A)을 상기 채널(150) 근방에 포함하는 직교 런처.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 런처는 상기 마이크로스트립라인 회로(106)(260)에 직교하여 연장된 하부 평면 동축 포트(220)(230)(240)(250)와 상기 마이크로스트립라인 도체(108, 264-276) 사이를 연결하는 하부평면 직교 런처(224, 226 ; 244, 246 ; 254, 256)인 직교 런처.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 접지 평면 구조체(104, 290)는 마이크로스트립라인 기판(110, 262)을 수용하도록 형성된 그 안에 채널(150, 294)을 특징으로 하므로, 상기 마이크로스트립라인 기판과 상기 상부 커버판(102, 292) 사이에 공기유전영역(150)(294)이 형성될 수 있도록 한 직교 런처.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 접지 평면 구조체(104)는 상부 하부판 직교 런처(140)의 홈을 형성하는 수단(104B)를 포함하는 직교 런처.
  10. 기판(110)(262)과, 마이크로스트립라인 도체(108)(264-276)를 포함하는 평면 마이크로스트립라인 회로(106)(260) ; 상기 마이크로스트립라인 회로(106)(260)의 접지 평면을 규정하는 수단을 포함하는 접지 평면 구조체(104, 290)와 ; 상기 접지 평면 구조체(104, 290)와 협동하여 상기 마이크로스트립라인 회로(106)(260)의 밀폐체(102, 104)(290, 292)를 형성하므로써, 상기 마이크로스트립라인 회로와 자신과의 사이에 공기유전영역(150, 294)이 형성되도록 한 전도성 상부 커버 부재(102, 292)와 ; 상기 마이크로스트립라인 회로(106, 260)에 직교하여 연장된 상부 커버 동축 포트(210)와 상기 마이크로스트립라인 도체(108)(264-276)사이를 연결하며, 제 1 의 홈형 전송라인(126A, 126B)(214)과 용량성 부하요소(128, 125)를 포함하되, 상기 제 1 의 홈형 전송라인(126A, 126B)(214)은 개방형 홈(130)이 형성된 제 1 의 전도성 구조체와 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 제 1 의 홈라인 도체(126A, 126B)(214)를 구비하고, 상기 제 1 단부(126B)는 상기 마이크로스트립라인 도체와 전기적 접촉을 이루며, 상기 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 각도는 90°로 형성되고, 상기 용량성 부하요소(128)(215)는 상기 홈형 전송라인(126A, 126B)(214)에 용량성 부하를 제공하여 고차모우드가 상기 홈(130)으로부터 상기 공기 유전영역(150, 294)내로 방사되는 것을 방지하도록 된 상부 커버 동축-마이크로스트립라인 직교 런처(140)(214, 215)와 ; 상기 마이크로스트립라인 회로(106)(260)에 직교하여 연장된 하부 평면 동축 포트(220, 230, 240, 250)와 상기 마이크로스트립라인 도체(180)(264-276) 사이를 연결하며, 개방홈(148)이 형성된 제 2 의 전도성 구조체와 상기 제 2 홈(148)내에 배치된 제 2 의 홈도체 요소(144)를 포함하는 제 2 의 홈형 전송라인을 포함하고, 상기 제 2 의 홈도체 요소(144)는 제 1 단부와 제 2 단부를 구비하며, 상기 제 1 단부(224, 244, 254)는 하부 평면 구조체 동축 포트(220, 230, 240, 250)의 개구를 통해 연장되고 제 1 단부는 상기 마이크로스트립라인 도체와 전기적 접촉을 이루는 하부 평면 동축-마이크로스트립라인 직교 런처(140)(224, 226 ; 244, 246 ; 254,, 256)을 포함하는 마이크로파회로.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 용량성 부하요소(128)(215)는 상기 홈도체 요소(126A, 126B)(214)에 인접한 상기 제 1 홈 부분에 배치된 유전체 부하(128)(125)를 포함하는 마이크로파회로.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 접지 평면 구조체(104)(290)는 상기 마이크로스트립라인 회로(106)(260)를 수용하도록 그안에 형성된 채널(150)(294)를 특징으로 하며, 상기 접지 평면 구조체(104, 290)는 상기 각각의 제 1 및 제 2 홈(130)(148)을 형성하는 수단(104A)(108B)을 상기 마이크로스트립라인 회로(106)(260)의 근방에 포함하는 마이크로파회로.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 하부 평면 직교 런처가 다수개인 것을 특징으로 하며, 상기 마이크로파 회로(106)(260)는 상기 상부 커버 동축 포트(210)에 인가되는 입력 RF 전력을 상기 하부 평면 동축포트들(220, 230, 240, 250)로 분할하는 전력 분할 회로인 마이크로파 회로.
KR1019900015600A 1989-09-29 1990-09-28 동축-마이크로스트립 직교런처 KR930008831B1 (ko)

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